مقدمه ای بر نظریه آشوب
@electroscience

✅مقدمه‌‏ای بر نظریه Chaos (آشوب):
در حدود سال 1900 پادشاه سوئد برای حل مساله‌ای به نام سیستم نجومی سه جسم مسابقه‌ای برگزار کرد. این مساله که به نوعی بیانگر رفتار حرکت بین سیارات و خورشید بود چگونگی کنش متقابل بین سه جسم را نشان می‌دهد. ریاضیدانان بزرگی همچون هیلبرت سعی نمودند که با استفاده از دنیای ریاضیات دیفرانسیلی و قوانین جبری نیوتونی این مساله را حل نمایند .در این بین یک ریاضیدان فرانسوی به نام هانری پوانکاره علاقه‌مند به معادلات حاکم بر حرکت سیارات اطراف خورشید بود مشخص کرد که در سیستم‌های نجومی، کاهش عدم قطعیت در شرایط اولیه همیشه کاهش خطای پیش‌بینی نهایی را به دنبال نخواهد داشت. او با مطالعه معادلات ریاضی دریافت که اگرچه سیستم‌های نجومی ساده در واقع معین و قطعی‌اند، اما مانند سیستم‌های دیگر از قاعده کاهش – کاهش برای شرایط اولیه و پیش‌بینی نهایی پیروی نمی‌کنند. پوانکاره نشان داد که برای این گونه سیستم‌ها یک انحراف بسیار کوچک در شرایط اولیه در طول زمان با نرخی عظیم رشد خواهد کرد و بنابراین دو مجموعه شرایط اولیه تقریباً غیرقابل تفکیک و بسیار نزدیک به هم برای یک سیستم مشابه می‌تواند دو پیش‌بینی نهایی کاملا متفاوتی را به دنبال داشته باشد. پوانکاره اثبات کرد که حتی اگر اندازه‌گیری‌های شرط اولیه را میلیون‌ها بار دقیق‌تر انجام دهیم باز عدم قطعیت و پیش‌بینی ناپذیری رفتار سیستم نه تنها برای زمان‌های بعد کاهش نخواهد یافت بلکه در طی زمان بزرگ و بزرگتر خواهد شد. این حساسیت بسیار شدید نسبت به شرایط اولیه را که در سیستم‌های مورد مطالعه پوانکاره بروز و ظهور پیدا کرد آشوب می‌نامند.
پوانکاره با ابداع یک روش ریاضی هوشمندانه به نام قطع پوانکاره توانست دینامیک سیستم‌های چند متغیره را که توصیف آن‌ها در بعد زمان کار دشوار و استخراج اطلاعات از آن‌ها تقریباً غیر ممکن بود را به میدان فاز (سیستم مختصاتی که متغیرها را بر حسب یکدیگر بیان می‌کند) دینامیک سیستم را به طور گویا و با اطلاعات دقیق بیان نماید.
به دنبال نظرات پوانکاره، اصل عدم قطعیت توسط ورنر هایزنبرگ فیزیکدان و فیلسوف آلمانی مطرح شد که بعدها پایه‌گذران مکانیک کوانتومی تحت تاثیر آن مفهوم قلمرو زیر اتمی تحت سلطه بی قاعدگی یا رندومنس را بیان کردند. آلبرت انیشتین نیز پس از تبیین تئوری نسبیت طی مقاله به تقدیر از خدمات خلاقانه پوانکاره و ریاضیات ابداعی او پرداخت و نسبیت را وامدار پوانکاره دانست.
کارهای پوانکاره زیربنای علم جدیدی از دانش‌های نوین را به وجود آورد که در نهایت با پژوهش‌های ریاضیدان و هواشناس مشهور دانشگاه ادوارد لورنتس در سال 1961 به صورت سیستماتیک تبیین گردید. این دانش که
امروز آن را با نام آشوب (Chaos) می‌شناسیم در کنار نظریه نسبیت و مکانیک کوانتوم، یکی از سه اکتشاف بزرگ قرن بیستم است. اثر پروانه‌ای که یکی از جنبه‌های معادلات دیفرانسیلی لورنتس در باب پیش‌بینی وضعیت هواست به وضعیتی اشاره می‌کند که تغییری بسیار کوچک در شرایط اولیه سیستم، سبب تغییرات بزرگ و غیرقابل پیش‌بینی در وضعیت آینده سیستم خواهد شد. اثر پروانه‌ای بیان می‌کند که بال زدن پروانه‌ای در یک نقطه از زمین مثل ماداگاسکار می‌تواند چنان تغییر عظیمی در سیستم آب و هوای زمین ایجاد کند که در ایالت کالیفورنیا آمریکا طوفان ایجاد شود. اثر پروانه‌ای نمونه‌ای از وجود پتانسیل سیستم‌ها برای ایجاد رفتارهای بسیار پیچیده و غیرقابل کنترل در آینده سیستم را بیان می‌کند که می‌تواند از تغییراتی هرچند کوچک و بینهایت جزئی در شرایط اولیه سیستم ایجاد گردد. یکی از مباحث جالب این علم هندسه فراکتال که ابعاد مختلف یک سیستم را در بعدهای غیر صحیح با توجه به میزان همبستگی (Correlation) متغیرهای سیستم مورد بررسی قرار می‌دهد. به طور مثال اگر شما دو گلوله فلزی را با یک میله فلزی به یکدیگر متصل کنید و یکی از گلوله‌ها را به میزان یک متر جابجا نمایید با قطعیت و پیش‌بینی صد در صدی قادرید در رابطه با دینامیک گلوله دیگر صحبت کنید و بگویید که مکان دقیق قرارگیری گلوله دیگر در چه زمان مشخصی در چه مکان معینی قرار دارد. در این حالت می‌گوییم دینامیک سیستم از بعد دو است و در واقع در سیستم دو متغیر کاملاً مستقل (از جهت تاثیری‌گذاری متقابل) داریم. بنابراین می‌توانیم دینامیک سیستم را توسط یک دستگاه معادلات دیفرانسیل دو بعدی توصیف نماییم.
@electroscience

آموزش ساخت مترونوم @electroscience

آموزش ساخت مترونوم @electroscience

خواب و سيگنالهاي مغزی. @electroscience

.
خواب چیه!؟؟
وقتی آدم می خوابه چه اتفاقی تو بدنش میوفته!؟؟؟
تا حالا شده با سر درد از خواب بیدار بشید و ندونید چرا!؟؟
دیدید بعضیا بیست دقیقه می خوابن و خیلی هم سر حال هستن!؟؟
با ما همراه باشید 😁 .
.
اختراع دستگاه نوار مغزی به دانشمندان اجازه داد تا به مطالعه خواب انسان، به روش‌هایی که پیش از آن ممکن نبود، بپردازند. در خلال دهه 1950 فردی به نام اوژن آسرینسکی که تازه از دانشگاه فارغ‌التحصیل شده بود، از این وسیله برای کشف آنچه امروز خواب خوانده می‌شود استفاده کرد. مطالعات بیشتر بر روی خواب انسان نشان داده که خواب از یک سری مراحل گذر می‌کند که الگوهای امواج مغزی در هر مرحله با یکدیگر متفاوتند. .
شروع خواب
در خلال نخستین مراحل خواب، ما هنوز نسبتاً بیدار و هشیار هستیم. مغز امواجی تولید می‌کند به نام امواج بتا که کوچک و سریع هستند. به مرور که مغز شروع به آرامش یافتن می‌کند، امواج کندتری به نام امواج آلفا تولید می‌شوند. در طول این مدّت و هنگامی که هنوز کاملاً به خواب نرفته‌ایم ممکن است احساس عجیب و کاملاً واضحی را تجربه کنیم که توهمات پیش خواب نامیده می‌شود. مثال‌های متداول و شایع این پدیده عبارتند از احساس افتادن (پرت شدن) یا شنیدن این که کسی نام شما را صدا می‌کند.
رویداد بسیار شایع دیگری که در این دوره زمانی وجود دارد، پرش میوکلونیک است.
اگر تا کنون، بدون هیچ دلیل مشخص و خاصی، ناگهان بدنتان تکان خورده یا سرتان به عقب پریده است این پدیده ظاهراً عجیب را تجربه کرده‌اید. در عالم واقع، این پرش‌های میوکلونیک بسیار شایعند.
مرحله 1
مرحله 1 شروع چرخه خواب و نسبتاً مرحله سبک و خفیفی از خواب است. مرحله 1 را می‌توان به صورت دوره گذار بین بیداری و خواب در نظر گرفت. در مرحله 1، مغز امواج تتا تولید می‌کند که امواجی با دامنه بلند و خیلی کند هستند. این مرحله از خواب، تنها مدّت زمانی کوتاهی در حدود 5 تا 10 دقیقه طول می‌کشد و اگر در این مرحله کسی را از خواب بیدار کنید احتمالاً به شما خواهد گفت که خواب نبوده است!

مرحله 2
دومین مرحله خواب تقریباً 20 دقیقه طول می‌کشد. مغز شروع به تولید امواج منظم و سریعی می‌کند که به نام دوک‌های خواب معروفند. دمای بدن شروع به کاهش و ضربان قلب شروع به کندشدن می‌کند. بیدار شدن در این مرحله بسیار راحت است و شخص بعد از بیداری احساس خستگی نمی کند.

@electroscience

مرحله 3
عمیق ترین مرحله ی خواب این مرحله است امواج مغزیِ عمیق و کند به نام امواج دلتا در خلال مرحله 3 خواب شروع به پدیدار شدن می‌کنند. این مرحله دوره گذار بین خواب سبک و خواب بسیار عمیق است.

مرحله 4
مرحله 4 گاهی به نام خواب دلتا خوانده می‌شود زیرا امواج مغزی کندی که به نام امواج دلتا معروفند در این مرحله تولید می‌شوند. مرحله 4، مرحله خواب عمیق است که در حدود 30 دقیقه طول می‌کشد. راه رفتن در خواب و خیس کردن رختخواب معمولاً در پایان مرحله 4 خواب اتفاق می‌افتد.

مرحله 5
اغلب خواب دیدن‌ها در طول مرحله پنجم خواب که خواب REM (حرکت سریع چشم) خوانده می‌شود روی می‌دهد مشخصه خواب REM، حرکت چشم‌ها، تندتر شدن تنفس و افزایش فعالیت مغز است. خواب REM به نام خواب متناقض نیز خوانده می‌شود زیرا در حالی که مغز و سایر سیستم‌های بدن فعالتر می‌شوند، عضلات شل‌تر می‌گردند. علت خواب دیدن هم افزایش فعالیت مغز است امّا عضلات ارادی بی‌حرکت می‌شوند.
نکته قابل ذکر این است که فرایند خواب، این مراحل را به ترتیب پشت سر نمی‌گذارد. خواب از مرحله 1 شروع می‌شود و سپس به مراحل 2، 3 و 4 می‌رود. پس از مرحله 4 دوباره مرحله 3 و به دنبال آن مرحله 2 خواب تکرار می‌شوند و سپس وارد مرحله ی 5 یا REM می شود. پس از خاتمه خواب REM، بدن معمولاً به مرحله 2 خواب باز می‌گردد. در طول شب، خواب انسان تقریباً 4 یا 5 بار بین این مراحل می‌چرخد.
ما به طور میانگین 90 دقیقه پس از به خواب رفتن وارد مرحله 5 یا خواب REM می‌شویم. نخستین چرخه خواب REM ممکن است تنها زمان کوتاهی به طول بیانجامد امّا هر چرخه از چرخه قبل طولانی‌تر می‌شود به نحوی که خواب REM می‌تواند تا نزدیک به یک ساعت پایدار بماند.

پ ن : اگه زمانی که بین دو مرحله از خواب هستیم و هنوز وارد مرحله ی بعد نشدیم از خواب بیدار شیم، خیلی راحت پا میشیم و احساس سر درد یا بد خوابی نداریم .... :)
.
.
@electroscience

#خواب #مراحل_خواب #سیگنال_های_مغز #مهندسی_پزشکی

نویز و مشکلات آن در مدارت @electroscience

✅نویز و مشکلات آن در مدار :
قصد داریم کمی درباره نویز صحبت کنیم. به زبان ساده میشه گفت به هر اختلال ناخواسته ای نویز میگیم پس با یه تعریف چهارچوب دار طرفیم یعنی تو هر حوزه ای با پدیده ی نویز ممکنه مواجه بشیم مثلا آلودگی موجود در هوا یه نوع نویز محیط زیستیه چون ما اصلا نمیخوایم باشه ولی در اثر یه سری عوامل بوجود میاد و ما دوست داریم همیشه آلودگی رو کم یا از بین ببریم.
در این پست ما قصد داریم با نویزهای الکترومغناطیسی آشنا بشیم و تاثیر آن بر مدارتمون و راه های جلوگیریشو بررسی کنیم.
در حوزه مهندسی برق به جریان , ولتاژ یا میدان الکترومغناطیسی ناخواسته ای که بر روی سیگنال اصلی ما سوار میشن و تشخیص سیگنالو دشوار میکنند , نویز میگیم که این سیگنال ها میتونه برای مدارات ما مخرب باشه و کارکردشونو دچار اختلال کنه یا حتی بسوزونتشون.
همونطور که میدونیم بارهای الکتریکی ساکن مولد میدان الکتریکی هستن و حرکت یکنواخت بارها ( یا همون جریان الکتریکی) میدان مغناطیسی رو ایجاد میکنه و اگر حرکت الکترونها به صورت شتابدار باشه , تشعشع الکترومغناطیسی رو موجب میشه. طبق نظریات الکترومغناطیس (که از مرحوم فارادی به یاد مونده) میدان های الکترومغناطیسی میتونه ولتاژ و جریان در مدار بوجود بیاره و همینطور برعکس.
پس هدف ما درحوزه ی برق کاهش میدانهای الکترومغناطیسی در نتیجه کاهش ولتاژ و جریان ناخواسته ای که در اثر اون در مدارات و سیستم هامون بوجود میاد. به این مبحث در مهندسی برق EMI(Electromagnetic interference) یا تداخل الکترومغناطیسی میگن.
حالا منابع نویز چیا میتونه باشه؟ به صورت معمول 3 دسته منبع برای نویزها در نظر میگیرن: 1- منابع نویز ذاتی : مثل نویز گرمایی که در اثر نوسانات تصادفی در سیستم های فیزیکی بوجود میاد مثلا با افزایش دما ممکنه کار یک آی سی دچار اختلال بشه 2- نویز ادوات الکتریکی موجود در مدار: نویزهایی که توسط وسایلی که در مداراتمون هست بوجود میاد مثل نویزای ناشی از موتورها,سوییچ ها,فرستنده‏های رادیویی و ... 3- نویز ناشی از اغتشاشات طبیعی و جوی : مثل رعد و برق و تشعشعات خورشیدی. که بحث اصلی ما همون مورد شماره 2 هست.
برای کاهش نویز در مهندسی برق بحث EMC (Electromagnetic compatibility) سازگاری الکترومغناطیسی مطرح میشه یعنی مداراتی بسازیم که با این نویزهای الکترومغناطیس سازگار باشه و رو مدار ما اثری نذاره پس بایستی اول راه های نفوذ نویز به مدارتمونو بشناسیم تا روش جلوگیریشو بفهمیم. به 2 روش نویز میتونه رو مدار ما اثر بذاره:
1- کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ) و الکترومغناطیسی ( مانند تشعشع الکترو مغناطیسی : یعنی در اثر میدانهای الکترومغناطیسی که یه سری وسیله هامون در مدار مثل سلف و ترانس و کلید زنی و ... ایجاد میکنه روی سایر ادوات مدارمون (بویژه مدارات آنالوگ و دیجیتال ) ما نویز بیوفته.
2- کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک : به این معنیه که روی تغذیه ی مدارمون نویز بیوفته و این نویز در کارکرد قطعات الکتریکیمون مشکل ایجاد کنه.

خب حالا چندتا نکته عملی کاهش نویز تو مداراتمونو میگیم :
1- جدا کردن زمین مدارات :
اگه مدارمون دارای بخش های زیر هست بهتره زمین هاشون جدا باشه و به صورت زیر تقسیم بندی کنیم:
زمین آنالوگ : مثل تقویت کننده هامون شامل آپ امپ ها و ...
زمین دیجیتال : شامل مدارات کنترلی مثل میکروکنترلر و ...
زمین قدرت )رله ها ، موتورها , سوییچ ها و مانند آن( : مداری که بیشترین نویز رو ایجاد میکنه

این تقسیم بندی به این علت انجام میشه که نویزهایی که تو هر کدام از بخش هامون هست ممکنه برا خود اون بخش خیلی چیز مهمی نباشه اما برا بخش دیگه فاجعه باشه مثلا نویز روی سوییچ قدرت مثل IGBT که قراره مثلا 1200 ولت رو قطع و وصل کنه با فرکانس چند کیلوهرتز مثلا تو حد 20 -30 ولت باشه که برا بخش قدرت مشکلی پیش نیاد ولی این نویز از طریق زمین مشترک (اگر جدا نکنیم) به بخش دیجیتال ما که قراره مثلا با ولتاژ 3.3 یا 5 ولت کار کنه کل مدار دیجیتالو بسوزونه. روش جداسازی هم معمولا یا با ترانس ایزوله یا اپتوکوپلر و یا استفاده مبدلهای MinMax هست که به ما یه سری ولتاژ میده که بهم ربطی نداره.

@electroscience

✅ برای کاهش نویز در مهندسی برق بحث EMC (Electromagnetic compatibility) سازگاری الکترومغناطیسی مطرح میشه یعنی مداراتی بسازیم که با این نویزهای الکترومغناطیس سازگار باشه و رو مدار ما اثری نذاره پس بایستی اول راه های نفوذ نویز به مدارتمونو بشناسیم تا روش جلوگیریشو بفهمیم. به 2 روش نویز میتونه رو مدار ما اثر بذاره:
1- کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ) و الکترومغناطیسی ( مانند تشعشع الکترو مغناطیسی : یعنی در اثر میدانهای الکترومغناطیسی که یه سری وسیله هامون در مدار مثل سلف و ترانس و کلید زنی و ... ایجاد میکنه روی سایر ادوات مدارمون (بویژه مدارات آنالوگ و دیجیتال ) ما نویز بیوفته.
2- کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک : به این معنیه که روی تغذیه ی مدارمون نویز بیوفته و این نویز در کارکرد قطعات الکتریکیمون مشکل ایجاد کنه.

خب حالا چندتا نکته عملی کاهش نویز تو مداراتمونو میگیم :
1- جدا کردن زمین مدارات :
اگه مدارمون دارای بخش های زیر هست بهتره زمین هاشون جدا باشه و به صورت زیر تقسیم بندی کنیم:
زمین آنالوگ : مثل تقویت کننده هامون شامل آپ امپ ها و ...
زمین دیجیتال : شامل مدارات کنترلی مثل میکروکنترلر و ...
زمین قدرت )رله ها ، موتورها , سوییچ ها و مانند آن( : مداری که بیشترین نویز رو ایجاد میکنه

این تقسیم بندی به این علت انجام میشه که نویزهایی که تو هر کدام از بخش هامون هست ممکنه برا خود اون بخش خیلی چیز مهمی نباشه اما برا بخش دیگه فاجعه باشه مثلا نویز روی سوییچ قدرت مثل IGBT که قراره مثلا 1200 ولت رو قطع و وصل کنه با فرکانس چند کیلوهرتز مثلا تو حد 20 -30 ولت باشه که برا بخش قدرت مشکلی پیش نیاد ولی این نویز از طریق زمین مشترک (اگر جدا نکنیم) به بخش دیجیتال ما که قراره مثلا با ولتاژ 3.3 یا 5 ولت کار کنه کل مدار دیجیتالو بسوزونه. روش جداسازی هم معمولا یا با ترانس ایزوله یا اپتوکوپلر و یا استفاده مبدلهای MinMax هست که به ما یه سری ولتاژ میده که بهم ربطی نداره.
در بخش بعدی با سایر روش ها آشنا میشویم . امیدوارم مفید واقع شده باشه.
توضیحات شکل بالا: یک تستر EMI مدار رو میبینید که میزان تشعشعات الکترومغناطیسی اندازه گیری را اندازه میگیره به این وسیله که تو اون حلقه ی بسته ولتاژ و در نیجه جریان القا میشه.

@electroscience

✅ پیل سوختی
پیل سوختی یا Fuel cell یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و از بازده بالایی برخوردار است. معروف ترین نوع پیل سوختی در حال حاضر پیل سوختی هیدروژنی است. انواع دیگر پیل سوختی مانند پیل سوختی متانول نیز کاربردهای خاصی دارند. در مورد پیل سوختی هیدروژنی می‌توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می‌گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می‌گردد. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت و غشا تشکیل شده‌است.
پیل‌های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می‌کنند. تولید مستقیم الکتریسیته بدون محدودیت ترمودینامیکی چرخه کارنو جهت تبدیل انرژی شیمیایی حاصل از سوخت به انرژی گرمایی و مکانیکی و در نهایت الکتریسیته می‌باشد که اتلاف انرژی را به حداقل مقدار ممکن می‌رساند و به بازده تئوری بالایی دست پیدا می‌کنیم. در پیل‌های سوختی اکسید جامد سرامیکی (اکسید سرامیک) رسانای یون در الکترولیت است و از اهمیت بسزایی برخوردار است. این پیل در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند و با بازده در حدود ۶۰ درصد، توان الکتریکی معادل ۱۰۰ مگاوات دارد. در حال حاضر تعداد زیادی از محققان روی جنبه‌های مختلف پیل سوختی اکسید جامد، جهت بهبود خواص پیل کار می‌کنند. برای این کار روی خواص الکترودها و الکترولیت که مهم‌ترین قسمت‌های پیل SOFC می‌باشند را بهینه سازی می‌کنند و روی عناصر و مواد تشکیل دهنده آنها مطالعه انجام می‌دهند.
هر پیل سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود و غشا به منظور جدا کردن دو بخش پیل می‌باشد. در قطب آند، هیدروژن بر روی یک کاتالیزور واکنش داده و تولید یک یون با بار مثبت و الکترون با بار منفی می‌کند. پروتون به وجود آمده از محیط الکترولیت گذر کرده حال آنکه الکترون در فضای مدار حرکت می‌کند و تولید جریان مینماید. در قطب کاتد اکسیژن با یون و الکترون واکنش نشان داده و تولید آب و حرارت مینماید. این سلول به تنهائی ۰.۷ ولت نیروی محرکه الکتریکی تولید می‌کند که برای روشنایی یک لامپ کوچک کافی می‌باشد. اگر این پیلها به صورت سری قرار گیرند قادر به تولید برق با توان چندین مگاوات میباشند. پیل های سوختی میتوانند به منظور اهداف پیک زایی در شبکه استفاده شوند به این معنا که در هنگام کمبود مصرف از طریق فرآیند الکترولایزر از ترکیب آب و الکتریسیته و الکترولیز آب، هیدروژن تولید و ذخیره شود و در محفظه هایی این هیدروژن ذخیره شود و در هنگام پیک بار با ترکیب هیدروژن و اکسیژن الکتریسیه تولید شود و به این ترتیب به کمک جبران پیک بار بیاید. از دیگر کاربردهای پیل سوختی میتوان به کاربرد آن در خودروهای برقی و اتوبوس برقی اشاره کرد که به جای باتری از پیل سوختی استفاده میشود.
@electroscience

پیل سوختی @electroscience

12حادثه ی بزرگ Blackout در دنیا @electroscience

✅حالتی درشبکه قدرت برق هست که دیسپاچینگ یا مرکز کنترل شبکه برق دراثر اتفاقات ناخواسته ای از قبیل اتصال درخطوط انتقال یا قطع شدن یکی از خطوط اصلی یا از دست دادن ناگهانی مقدار زیادی از منابع تولید مثل تریپ کردن همزمان چند نیروگاه یا نوسانات فرکانس شبکه به صورت غیر قابل کنترل(تمامی سعی کنترل کنندگان شبکه جلوگیری از هرگونه نوسان بار درتولید وتوزیع ونیز جلوگیری از اتفاقات غیرمترقبه وناخواسته با استفاده از مدیریت بر شبکه قدرت میباشد.) واتفاقات مختلفی از این قبیل کنترل بخشی از شبکه یا همه شبکه را ازدست میدهد. درهرصورت اگر چنین اتفاقی رخ دهد میتوان حالت های متفاوتی را درنظر گرفت از جزیره ای شدن شبکه تا black out کامل شبکه که بدترین اتفاق ممکن برای یک شبکه قدرت میباشد. در اینجا 12 تا از بدترین blackout های صنعت برق را معرفی میکنیم:
✅ 1. شمال شرقی ایالات متحده و شمال کانادا (9 نوامبر 1965 ) :
رله معیوب در مسیر ایستگاه Adam Beck در سمت Ontario آبشار نیاگارا منجر به بزرگترین خطای سیستم قدرت در تاریخ ایالات متحده آمریکا شد . در ساعت 5:16 خارج شدن یک خط انتقال 230 کیلوواتی موجب یک اثر دومینو وار شد و خطوط انتقال یکی پس از دیگری از مدار خارج شدند و شهر نیویورک در ساعت شلوغی غروب سه شنبه در تاریکی کامل فرو رفت . گزارش شده که حدود 800،000 نفر در مترو به دام افتادند.
علاوه بر نیویورک، اضافه بار توان موجب خاموش شدن اتوماتیک 30 میلیون نفر در نیوجرسی، کانکتیکات، ماساچوست، رود آیلند، نیوهمشایر، ورمونت، کبک و انتاریو شد. 10،000 نیروی گارد ملی و 5000 افسر پلیس خارج از وظیفه به خدمت فراخوانده شدند برای جلوگیری از غارت و هرج و مرج به حالت آماده باش در آمدند. خاموشی پس از 13 ساعت تمام شد.
✅ 2. خاموشی سراسری کشور تایلند (1978) :
18 مارس وقتی ژنراتور نیروگاه Pranakorn جنوبی در Samut Prakan دچار خطا شد، خاموشی در سراسر کشور تایلند گسترش یافت و بیش از نه ساعت تلاش صورت گرفت تا برق برگردد. در ماه مه 2013، تایلند بار دیگر حادثه ای مشابه رخ داد.
✅ 3. طوفان ژئومغناطیسی کانادا (13 مارس 1989):
در 13 مارس سال 1989 کل استان کبک، کانادا دچار خاموشی برق 12 ساعته شد و آن همه به لطف خورشید بود.گاهی اوقات، خورشید میلیارد تن ابر از گاز یونیزه شده را ساطع می کند که به نام فوران تاجی (CME) شناخته میشود . در 10 مارس سال 1989، یک پدیده CME به اندازه 36 برابر زمین و از لحاظ انرژی معادل انرژی هزار بمب هسته ای که به صورت همزمان منفجر شود. در تاریخ 12ام، ابر گازی در برابر میدان مغناطیسی زمین شکست و باعث ایجاد شفق شمالی که تا جنوب تگزاس و کوبا هم دیده شد . این رویداد آسمانی، مجوب شد تا شش میلیون نفر از ساکنان کبک به مدت 12 ساعت در تاریکی مطلق به سر برند.
@electroscience

✅ 4. جنوب برزیل (11 مارس 1999) :
در سال 1999، حدود 97 میلیون نفر از 160 میلیون نفری که در برزیل زندگی میکردند به علت blackout یی که در تاریخ برق برزیل به سابقه بود , بی برق شدند . علت حادثه اصابت یک رعد و برق به یک ایستگاه فرعی برق بود که موجب از کار افتادن نیروگاه Itaipu شد که بزرگترین نیروگاه تولید برق در جهان بود.
1200 افسر پلیس نظامی در ریو برای جلوگیری از غارت و چپاول قرار داده شد ، در حالی که تونل شهر São Paulo را نیز برای جلوگیری از حملات بسته بودند. 60،000 مسافر مترو در مترو گیر افتادند. نکته جالب این بود که سیستم برق برزیل روز قبل از حادثه به بخش خصوصی واگذار شد. وزیر معادن و انرژی برزیل Rodolpho Tourinho گفت که مطمئن باشید که این حادثه هیچ ربطی به واگذاری ندارد و گفت، "صاعقه یک حقیقت طبیعی است، و هیچ دلیلی برای شک کردن به قابلیت اطمینان سیستم های برقی برزیل وجود ندارد."
✅ 5. هند (2 ژانویه 2001) :
قطع برق 12 ساعته ناشی از خطا در یک ایستگاه فرعی در Uttar Pradesh باعث شد شبکه شمال هند از دست برود . این باعث بی برقی حدود 226 میلیون نفر و یا تقریبا یک چهارم از جمعیت این کشور شد. کنفدراسیون صنایع هند تخمین زد که در اثر این اتفاق به میزان حدود 107.1 ملیون دلار ضرر وارد شده است.

✅ 6. شمال شرقی ایالات متحده و کانادا ( 14-15 اوت 2003) :
ماه ها قبل از اینکه علت واقعی خاموشی شمال شرقی سال 2003 مشخص شود در ابتدا، جان مک کالوم وزیر دفاع کانادا گفت علت , قطع برق در یکی از نیروگاههای هسته ای در پنسیلوانیا بود، که آژانس مدیریت اضطراری دولت آن را تکذیب کرد و او مواخذه شد. آنچه در واقع اتفاق افتاده بود این بود که یک خط قدرت با ولتاژ بالا در شمال اوهایو، در اثر رشد بیش از حد درختان دچار خطا شده بود. هنگامی که سیستم هشدار اولین نیروگاه آمد این حادثه نادیده گرفته شد و در 90 دقیقه بعدی، اپراتورهای سیستم سعی کردند تاعلت آنچه رخ داده را بفهمند که در همان زمان سه خط دیگر از مدار خارج شدند و یک اثر دومینو وار آغاز شد و ساعت 4:05 صبح جنوب شرقی کانادا و هشت ایالت شمال شرقیی آمریکا بدون برق شدند. 50 میلیون نفر تا دو روز در بزرگترین خاموشی تاریخ آمریکا شمالی بی برق شدند. 11 نفر کشته و حدود 6 میلیارد دلار خسارت وارد شد. این حادثه باعث شد که ایجاد یک تفاهم نامه ی کاری مشترک بین ایالات متحده و کانادا برای به حداقل رساندن خاموشی ها امضا شود.
@electroscience

✅ 7. ایتالیا (28 سپتامبر 2003 ) :
خاموشی سال 2003 ایتالیا تقریبا همه ی 57 میلیون نفر جمعیت این کشور را تحت تاثیر قرار داد. این رویداد در طول ساعات اولیه صبح روز بعد از شب جشنواره هنر در رم ایتالیا رخ داد و به این دلیل، قطارها در ساعت 3:01 بامداد در حال جابجایی مسافران بودند که یک یک خطا در سیستم قدرت سوئیس باعث اضافه بار دو خط داخلی نزدیک به مرز ایتالیا میشود و این حادثه رخ میدهد و در نتیجه این قطع برق , 110 قطار که بیش از 30000 مسافر را جابججا میکردند بی برق شدند و مسافران در قطار گرفتار شدند.
✅ 8. جاوا و بالی، اندونزی ( 18 اوت 2005 ):
در 10:23 صبح پنجشنبه، یک خطا در یک خط انتقال 500 کیلوولتی بین Cilegon اندونزی و Saguling در غرب جاوا رخ داد و منجر به قطع شدن 5000 مگاوات توان شد. جاکارتا، چهارمین پایتخت پرجمعیت جهان بی برق شد و نیمی از جمعیت اندونزی (100 میلیون نفر) حدود 11 ساعت بی برق شدند.
✅ 9. آلمان، فرانسه، ایتالیا، و اسپانیا (4 نوامبر 2006) :
زمانی که شرکت برق آلمان یک خط ولتاژ بالای خود در طول رودخانه Ems را به منظور اجازه‏ی عبور یک کشتی کروز بی برق کرد، موجب شد تا 10-15 میلیون جمعیت اروپا بی برق شوند و موجب قطع برخی قسمت هایی از آلمان، فرانسه، ایتالیا، و اسپانیا شد.
✅ 10. هنگ ژو، چین (24 ژانویه - فوریه 2008)
طوفان های زمستانی منجر به قطع برق دو هفته ای حدود 4.6 میلیون نفر از افراد شهرستان مرکزی چین یعنی بخش Hangzhou شد.
✅ 11. برزیل و پاراگوئه (10-11 نوامبر 2009)
هنگامی که سد برق-آبی Itaipu در مرز پاراگوئه و برزیل به طور ناگهانی تولید 17000 مگاوات برق خود را متوقف کرد، موجب شد قطع برق به سرعت در هر دو کشور گسترش یابد. به طرز مشکوکی، خاموشی بعد از 60 دقیقه که برق برزیل قطع شد گزارش شده است . مجله خبری CBS بعدها گزارش کرد که این حادثه 2009 کار هکرها بود، اما سند ویکی لیکس در نهایت این ادعا را رد کرد.
✅ 12. هند (30-31 ژوئیه، 2012)
در بزرگترین قطع برق در تاریخ (تا کنون)، در 31 ژوئیه خاموشی منطقه ی شامل هند موجب شد حدود 670 میلیون نفر،که در حدود 9 درصد از جمعیت جهان میباشد بی برق شوند. در 31 ژوئیه ، سه شبکه ی قدرت بهم پیوسته در شمال این کشور برای چند ساعت از کار افتاد ، و 22 ایالت مرز شرقی کشور با میانمار و مرز غربی با پاکستان را تحت تاثیر قرار داد.
@electroscience

تاریخچه ترانزیستور @electroscience

✅تاریخچه ترانزیستور
اولین حق ثبت اختراع ترانزیستور اثر میدان (field-effect transistor) در سال ۱۹۲۸ در آلمان توسط فیزیک‌دانی به نام ژولیوس ادگار لیلینفلد ثبت شد، اما او هیچ مقاله‌ای درباره قطعه‌اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد. در سال ۱۹۳۴ فیزیکدان آلمانی دکتر اسکار هایل ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند. هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده‌است، اما بعداً کارهایی در دهه ۱۹۹۰ نشان داد که یکی از طرح‌های لیلینفلدکار کرده و گین قابل توجه‌ای داده‌است. اوراق قانونی از آزمایشگاه‌های ثبت اختراع بل نشان می‌دهد که ویلیام شاکلی و جرالد پیرسن یک نسخه قابل استفاده از اختراع لیلینفلد ساخته‌اند، در حالی که آنها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند.
در ۲۳ دسامبر ۱۹۴۷، ویلیام شاکلی، جان باردین و والتر براتین موفق به ساخت اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای در آزمایشگاه‌های بل شدند. این کار با تلاش‌های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کننده ژرمانیم خالص «کریستال» ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده‌های میکروموج استفاده می‌شد. یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در دانشگاه پردو موفق شد کریستال‌های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در آزمایشگاه‌های بل استفاده می‌شد را تولید کند. سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم بل را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند. آنها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده‌ای نیست. جان باردین سرانجام یک شاخه جدید فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام براتین و باردین موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند.
آزمایشگاه‌های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: «سه قطبی نیمه هادی»، «سه قطبی جامد»، «سه قطبی اجزاء سطحی»، «سه قطبی کریستال» و «لاتاتورن» که همه مطرح شده بودند، اما «ترانزیستور» که توسط جان رابینسون پیرس ابداع شده بود، برنده یک قرعه کشی داخلی شد. اساس و بنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای‌گیری شد.
ترانزیستور، این یک ترکیب مختصر از کلمات «ترانسکانداکتانس» یا «انتقال» و «مقاومت متغیر» است. این قطعه منطقاً متعلق به خانواده مقاومت متغیر می‌باشد و یک امپدانس انتقال یا گین دارد بنابراین این اسم یک ترکیب توصیفی است. در آن زمان تصور می‌شد که این قطعه مثل دو لامپ خلاء است. لامپ‌های خلاء هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد؛ و این اسم می‌بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد؛ و نام ترانزیستور پیشنهاد شد.
بل فوراً ترانزیستور تک اتصالی را جزء تولیدات انحصاری شرکت وسترن الکتریک، شهر آلنتون در ایالت پنسیلوانیا قرار داد. نخستین ترانزیستورهای گیرنده‌های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند. به هر حال در سال ۱۹۵۰ شاکلی یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی (بایپلار) معروف شد. اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می‌کند، قطعه‌ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می‌شود. پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت‌های الکترونیک شامل تگزاس اینسترومنتس که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوان ابزار فروش تولید می‌کرد داده شد. ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم‌کم رفع شدند.
هنگامیکه ماسارو ایبوکا، مؤسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می‌کرد آزمایشگاه‌های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستورهایی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند. ایبوکا مجوز خرید ۵۰۰۰۰ دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال ۱۹۵۵ رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد. بعد از دو دهه ترانزیستورها به تدریج جای لامپ‌های خلاء را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعدها امکان تولید دستگاه‌های جدیدی از قبیل [مدارات مجتمع] و رایانه‌های شخصی را فراهم آوردند. از ویلیام شاکلی، جان باردین و والتر هاوسر براتین بخاطر تحقیقاتشان در مورد نیمه هادی‌ها و کشف اثر ترانزیستور با جایزه نوبل فیزیک قدردانی شد
@electroscience

افزایش فرکانس و کاهش حجم ادوات ذخیره ساز انرژی @electroscience

✅افزایش فرکانس و کاهش حجم ادوات ذخیره ساز انرژی
امروزه استفاده از سیستم های الکترونیک قدرت بسیار رواج پیدا کرده است. یکی از اهداف این سیستم ها افزایش فرکانس شکل موج ها است. حال سوالی که پیش می آید هدف از افزایش فرکانس چیست؟ پاسخ به این سوال ساده است و آن هم کوچک کردن حجم ادوات ذخیره ساز انرژی در مدارهای الکترونیکی است. افزایش فرکانس به طور کلی موجب کوچکتر شدن محسوس ابعاد سیستم های ذخیره کننده و انتقال انرژی مانند سلف و ترانس و خازن میشود. برای این منظور 3 رابطه ی مربوط به طراحی سلف، ترانس و خازن و ارتباط آن با ابعاد و فرکانس در شکل اسلاید نشان داده شده است.
ترانسفورماتور: ترانسفورماتور وسیله‏ای است که عملیات انتقال توان را به صورت مغناطیسی انجام می‏دهد. در حقیقت اگر ترانسفورماتور در فرکانس‏های پایین بهره برداری شود، می‏توان گفت که انرژی زیادی را در زمان طولانی جا به جا می‏کند؛ حال اگر فرکانس را افزایش دهیم سرعت انتقال انرژی افزایش می‏یابد، لذا می‏توان ابعاد ترانسفورماتور را کاهش داد و به جای انتقال انرژی زیاد با سرعت کم، انرژی‏های کمتری را با سرعت بسیار بالاتر منتقل کرد. پس با افزایش فرکانس ترانسفورماتور ابعاد آن به شدت کاهش می‏یابد. در شکل پست ابعاد ترانسفورماتور 50 هرتز را با ابعاد یک ترانسفورماتور 20 کیلوهرتز و با توانهای یکسان مقایسه کرده است. از آنجایی که ابعاد ترانسفورماتور با افزایش فرکانس بسیار کاهش می‏یابد لذا برای خنک سازی آن دیگر نیاز به روغن‏های معدنی و خطرناک و قابل اشتعال نیست.
سلف: رابطه سلف نیز با ابعاد نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود با افزایش فرکانس ابعاد ذخیره ساز انرژی مغناطیسی ما کاهش میابد زیرا مطابق رابطه ابعادی ترانسفورماتور با افزایش فرکانس میتوان ابعاد را کاهش داد و همچنان توان ثابتی را داشت.
خازن: برای خازن نیز همین استدلال برقرار است و میتوان ابعاد خازن موردنیاز خود را کاهش دهیم.
پس همانطور که مشخص شد افزایش فرکانس انگیزه مطلوبی است زیرا قیمت عمده یک سیستم الکترونیکی را ادوات ذخیره ساز انرژی آن تشکیل میدهند و با افزایش فرکانس و کاهش آنها میتوان هم قیمت و هم ابعاد مدار را کاهش داد.
@electroscience